Основные характеристики циклического нагружения.

Усталостная прочность материалов при повторно-переменном нагружении во

многом зависит от характера изменения напряжений во времени. При этом

далее будем изучать периодические нагрузки. Периодическая нагрузка – переменная нагрузка с установившимся во времени характером изменения, значения которой повторяются через определенный промежуток (перио д) времени.

Цикл напряжений – совокупность всех значений переменных напряжений за время одного периода изменения нагрузки.

Цикл напряжений может описываться любым периодическим законом, чаще всего – сину-

соидальным. Однако прочность материала при циклическом нагружении зависит не от за-

кона изменения напряжений во времени, а в основном от значений наибольшего

(максимального, σmax) и н а и меньшего (минимального, σmin) напряжений в цикле.

Обычно цикл напряжений характеризуется двумя независимыми из следующих основных характеристик (параметров цикла):

σmax – максимальное напряжение цикла

(наибольшее в алгебраическом смысле напряжение цикла);

σmin – минимальное напряжение цикла (наименьшее в алгебраическом смысле напряжение цикла);

σm – среднее напряжение цикла (полусумма наибольшего и наименьшего на-

пряжений цикла)

, ; ;

σa – амплитудное напряжение цикла (полуразность наибольшего и наимень-

шего напряжений цикла)

; ,

 

R – коэффициент асимметрии цикла напряжений (отношение наименьшего и

наибольшего напряжений цикла)

,

В зависимости от величины перечисленных характеристик циклы напряжений могут быть подразделены на следующие основные типы:

симметричный цикл – максимальное и минимальное напряжения равны по абсолютной величине и противоположны по знаку σmax = −σmin , R=–1;

асимметричный цикл – максимальное и минимальное напряжения не равны по абсолютной величине), при этом асимметричный цикл может быть знакопеременным или

знакопостоянным; знакопеременный цикл – максимальное и минимальное напряжения не равны по абсолютной величине и противоположны по знаку ( R<0, R≠-1); σ ≠ max −σm

знакопостоянный цикл – максимальное и минимальное напряжения не равны по абсолютной величине и имеют одинаковый знак ( R>0, R≠1);

σ ≠ max отнулевой (пульсирующий) цикл – максимальное или минимальное напряжения равны нулю (σmin=0 или σmax=0, R=0 или R=∞);

Циклы с одинаковым коэффициентом асимметрии R называют подобными. R меняется от +∞ до –1.

 

20.Шпоночные соединения

Шпоночные соединения – это разборные подвижные или неподвижные соединения двух деталей, с применением специальных закладных деталей шпонок.

Шпоночное соединение применяется, как правило, для подвижного или неподвижного соединения двух деталей (вала и ступицы) с целью предотвращения их относительного проворота при передаче крутящего момента. Иногда шпоночное соединение применяется для предотвращения относительного сдвига соединяемых плоских деталей, например, при защите стягивающих болтов от воздействия перерезывающей нагрузки. Плоские соединения в данной лекции не рассматриваются, поэтому в дальнейшем под понятием шпоночное соединение имеются в виду только соединения типа вал-ступица.

Классификация шпоночных соединений:

по степени подвижности:

подвижное - с направляющей шпонкой;

со скользящей шпонкой; неподвижное;

по усилиям, действующим в соединении: напряжённые, такие, в которых напряжения создаются при сборке и существуют независимо от наличия рабочей нагрузки, все напряжённые соединения являются неподвижными;

ненапряжённые, в которых напряжения возникают только при воздействии рабочей нагрузки;

по виду применяемых шпонок:

с призматической шпонкой, могут быть либо неподвижными, либо подвижными, скользящая и направляющая шпонки в подвижном соединении являются призматическимие сегментной шпонкой с цилиндрической шпонкой; с клиновой шпонкой, соединение напряжённое с тангенциальной шпонкой, соединение напряжённое;

Достоинства шпоночных соединений:

1. простота и надёжность конструкции;

2. лёгкость сборки и разборки;

3. простота изготовления и низкая стоимость.

Недостатки шпоночных соединений:

1. ослабление сечений вала и ступицы шпоночным пазом;

2. высокая концентрация напряжений в углах шпоночного паза;

3. для большинства соединений децентровка (смещение оси ступицы относительно оси вала) на половину диаметрального зазора.

Для закладки шпонок соединяемые детали, вал и ступица должны иметь шпоночные канавки. Шпоночные канавки выполняются: на валу под сегментную шпонку дисковой шпоночной фрезой, под остальные виды шпонок, кроме цилиндрической, либо дисковой, либо концевой (торцовой, пальцевой) шпоночными фрезами; паз в ступице выполняется либо протягиванием (инструмент – шпоночная протяжка, точность и качество изготовления паза высокие) либо долблением (точность на 1…2 квалитета ниже, чем при протягивании). Поэтому протягивание применяют в массовом и крупносерийном производстве, долбление – в индивидуальном, поскольку оно не требует специализированного инструмента (протяжки).

Шпонки в своём большинстве изготавливаются из качественных среднеуглеродистых сталей 45, 50, 55. В некоторых случаях для изготовления особо ответственных шпонок используются легированные стали 40Х, 40ХН, 25ХГС и некоторые другие.